3. Визначення твердості за Віккерсом

Випробування вдовбуванням алмазної піраміди методом Віккерса (“Віккерс” – назва британського концерну “Vickers Ltd”) використовують для визначення твердості деталей малої товщини і тонких поверхневих шарів, що мають високу твердість. При випробуванні у метал вдовбують чотиригранні піраміди (з кутом при вершині  = 136°) під навантаженням від 50 Н до 1000 Н. Діагональ відбитка вимірюють за допомогою мікроскопа, укріпленого на приладі, і за отриманими показами визначають число твердості, що позначається HV, як питомий тиск на одиницю поверхні відбитка:

,

де Р – навантаження на піраміду, Н; d  середнє арифметичне двох діагональних відбитків, виміряних післе зняття навантаження.

4. Метод пружного відскоку бійка

Твердість великогабаритних і важких виробів можна також виміряти методом пружного бійка (методом Шора, ГОСТ 23273  78). Для вимірювання твердості використовують переносний прилад, обладнаний трубкою, всередині якої може вільно падати бойок певної маси з алмазним наконечником у вигляді конуса. Твердість оцінюється в умовних одиницях, пропорційних висоті відскоку бійка. Чим м’якший випробовуваний матеріал, тим менша висота відскоку, через те що енергія удару буде витрачається на остаточну деформацію матеріалу деталі. Твердість, що вира­жається в умовних одиницях, позначається HSD. Переваги ме­тоду: простота, висока продуктивність, можливість перевірки шліфованих деталей без помітного погіршення якості поверхні. Недоліки методу: висота відскоку залежить від модуля пружності Е випробовуваного матеріалу (мате­ріали з різними значеннями модуля пружності Е дають незіставні результати); на покази приладу впливають розміри й стан по­верхні дослідної деталі; числа твердості умовні, їх можна лише порівнювати між собою.

7. Неметалеві та композиційні матеріали

До неметалевих матеріалів належать пластмаси, гума та ебоніт, графіт та абразив, лакофарбові та клеючі мате­ріали, шкіра, азбест, скло, кераміка, фарфор, мармур, повсть, текстильні та паперові матеріали. Широкого за­стосування набули композиційні матеріали, особливо во­локнисті, що складаються з коротких або безперервних волокон як наповнювачів, і середовища, що заповнює простір між ними, чим забезпечується монолітність ком­позиції.

Пластичні маси

Пластмаси — велика група штучних матеріалів, одер­жаних на основі синтетичних або природних високомоле-кулярних сполук (смоли). Пластмаси поділяють на прості та складні (композиційні). Прості пластмаси складаються з чистих смол, а складні — із зв'язуючої речовини, напов­нювача, пластифікаторів, барвників, мастильних речовин, каталізаторів та інших добавок. Зв'язуючою речовиною є природні та синтетичні смоли, бітум, асфальт, цемент. Як наповнювачі використовують деревне борошно, бавовняні та лляні волокна, деревний шпон, скловолокно, дрібно порізану тканину та папір, крейду, гіпс, графіт, каолін, віск, гліцерин, мило тощо. Для збільшення пластичності та текучості пластмаси застосовують пластифікатори. Пластмаси містять 1...2 % мастильних речовин, основне призначення яких — усунути прилипання зв'язуючих речовин до прес-форми. Як мастильні речовини застосо­вують віск, стеарин, трансформаторне масло тощо. Для забарвлення пластмаси в потрібний колір застосовують охру, додалін, нігрозин, зелений бриліант тощо.

Пластмаси залежно від компонентів, що входять до неї, поділяють на прес-порошки, волокні­ти, шаруваті та відлиті пластики та листові термопластмаси. Прес-порошками називають пластмаси, одержані з порошкоподібних вихідних матеріалів (деревне борошно, молотий кварц, молота слюда). Волокнітами називають пластмаси, одер­жані з волокнистих вихідних матеріалів (бавовняних, скляних та ін.). Шаруватими пластмасами називають такі, які одержані з вихідних матеріалів у вигляді тканини або паперу (текстоліт, склотекстоліт, гетинакс).

Ливарні пластики — пластмаси, що складаються лише з одного компонента — смоли, за типом якої вони й класифікуються. Листові пластики — пластмаси, до скла­ду яких, крім смоли, входять також у невеликій кількості пластифікатори та стабілізатори (органічне скло, вініпласт).

Залежно від зв'язуючої речовини розрізняють фенопласти, амінопласти та епоксипласти. Від того, як виявляє себе зв'язуюча речовина під час нагрівання, пластмаси поділяють на термо­пластичні та термореактивні. Термо­пластичні, або термооборотні, пластмаси мають властивості за нагрівання розм'якшуватись і плавитись, а після пресування охолоджуватися, твердіти, не втрачаючи цієї властивості до розчинності та повторної переробки. Тер­мореактивні, або термонеоборотні, пластмаси мають властивість під час нагрівання до певної температури вступати в хімічні реакції. Вони є необоротними й пов­торному формуванню не піддаються, тому браковані деталі після подрібнення використовують як наповнювачі для виробництва прес-порошків.

Полістирол — прозорий безбарвний полімер з висо­кою водостійкістю, стійкістю до агресивних середовищ, радіоактивного випромінювання, має високі електроізо­ляційні властивості, добру оброблюваність пресуванням, литтям під тиском та відливанням у форми. Поряд з добрими механічними властивостями полістирол вдало поєднує в собі низьку густину, твердість та інші якості, в результаті чого його застосовують у високочастотних ус­тановках, в радіотехніці, в хімічному апаратобудуванні. Недоліки полістиролу — крихкість, невелика теплостій­кість (80°С) тощо.

Поліетилен — найбільш легка термопластична пласт­маса, одержана полімеризацією газоподібного етилену. Поліетилен має високу кислотостійкість, діелектричність, міцність, достатню твердість і еластичність, яка зберіга­ється й до температури -60°С. Поліетилен застосовують в основному як ізоляційний матеріал для високочастотних кабелів, деталей радіоапаратури у вигляді тонких плівок (до 0,04...0,05 мм), ізоляційних прокладок, пакувального та захисного матеріалу, виготовлення водопровідних і нафтопровідних труб, ємкостей, що працюють у агресив­них середовищах. З нього виготовляють зубчасті колеса для приладів і верстатів, що мають невеликі навантажен­ня. Добра твердість, напівпрозорість, нетоксичність та інертність дають змогу застосовувати поліетилен для виробництва посуду, що не розбивається.

Політетрофторетилен — матеріал з високими діелект­ричними властивостями, цілком не змочується водою та не набухає, має високу термічну та хімічну стійкість до агресивних середовищ, яка перевершує стійкість золота та платини. Твердість політетрофторетилену невисока. Він текучий на холоді й тому його використовують для виго­товлення деталей методом холодного пресування з на­ступним спіканням. Політетрофторетилен використову­ють як ізоляційний матеріал у техніці надвисоких частот і для виготовлення хімічно стійких деталей. Тонкі плівки (0,02...0,04 мм) використовують для пазової ізоляції елект­ричних машин і для виготовлення плівкових конденса­торів.

Політрифторхлоретилен під час нагрівання розм'як­шується та плавиться, на холоді текучості не має; має високі механічні характеристики у порівнянні з політетрофторетиленом. Політрифторхлоретилен переробляють у деталі методом гарячого пресування, прес-лиття, шпри­цюванням; він використовується в техніці для виготовлен­ня особливо відповідальних деталей як зв'язуючий матеріал і для виготовлення складних деталей (каркасів, котушок індуктивності тощо).

Поліамід — стійкий до спрацювання матеріал, густина якого 1,13 г/см³, температура розм'якшення 240...260 °С. Цей матеріал має високу стійкість до кислот, лугів, вуглеводнів і масел; використовується для виготовлення зубчастих коліс, деталей лічильних машин та інших дета­лей, що піддаються тертю. Наприклад, підшипники, які в сильно абразивному середовищі порівняно з бронзовими працюють у 4...5, а вали в 3...10 разів довше, ніж у парі з бронзовими. Деталі з поліаміду в 2...З рази легші та де­шевші, ніж деталі з олов'яного сплаву.

Капрон — тверда речовина білого чи світло-жовтого кольору, одержана в'результаті поліконденсації капролак­таму. Капронові деталі мають високу поверхневу твердість і міцність на згин та удар, малий коефіцієнт тертя ковзан­ня й мале спрацювання, стійкі проти жирів, мастил і лугів. Недоліки капрону — значна усадка (до 2 %) і схильність до старіння за підвищених температур. Капрон застосовують для виготовлення деталей, стійких до спра­цювання, і використовують як ізоляційний матеріал для виготовлення арматури, каркасів тощо.

Вініпласт — продукт, одержаний з поліхлорвінілової смоли, жорсткий, стійкий до води, спирту, мінеральних масел, майже всіх лугів і кислот, добрий діелектрик. Світлочутливість і схильність до повзучості в нормальних умовах є його недоліком. Вініпласт застосовують для виготовлення деталей, які піддаються дії агресивних речовин. Листи та труби з вініпласту використовують як футеровку ванн і резервуарів, а також для виготовлення друкарського шрифту, кліше та ін. Спеціальною обробкою пластифікаторами та речовинами, які полегшують роз­чинність смол, одержують еластичний матеріал — полівінілхлоридовий пластикат. З нього виготовляють прокла-дочні та підстилкові матеріали. Вініпласт і пластикат можна зварювати.

Поліметилметакрилат (плексиглас, або органічне скло) є продуктом переробки складних органічних сполук поліметакрилових смол. Це прозорий ізоляційний матеріал, добре протидіючий ударам, в два рази легший за звичайне силікатне скло, має достатню твердість і міцність, анти­корозійні властивості та стійкість до багатьох мінеральних і органічних розчинників. До його недоліків належить низька теплостійкість. Поліметилметакрилат застосовують для засклення приладів, апаратури, виготовлення друко­ваних схем та ін.

Волокніти — пластмаси, одержані обробкою волок­нистих наповнювачів і термореактивної смоли. Деталі з волокніту пресують гарячим способом на основі таких наповнювачів, як бавовняні та скляні волокна з фенол-формальдегідними, аніліноформальдегідними, меламіно-формальдегідними, полісилоксановими та іншими смо­лами — зв'язуючими речовинами. Волокніти мають під­вищену ударну в'язкість.

Залежно від наповнювача розрізняють волокніт (ба­вовняні очіси) і скловолокніт (скляне волокно). Волокні­ти застосовують для виготовлення деталей машин, які працюють на удар. Деталі з скловолокніту корозієстійкі до багатьох агресивних середовищ, водо- і теплостійкі (350 °С), мають високі електроізоляційні властивості. Зі скловолокніту виготовляють деталі, що працюють як ді­електрики, корозієстійкі та високоміцні труби, масло-відсіки, човни, вагони.

Шаруваті пластмаси — матеріали, виготовлені пресу­ванням термореактивної смоли з листовим наповнюва­чем. Залежно від наповнювача розрізняють тексто­літи, гетинакси, склотекстоліти та деревошарові пластики.

Текстоліти одержують пресуванням наповнювача (ба­гатошарової бавовняної тканини) разом із зв'язуючою речовиною, найчастіше бакелітом. Текстоліт має високі електроізоляційні та фрикційні властивості, стійкість до спрацювання. Випускають текстоліт у вигляді листів (зав­товшки 0,5...50 мм), плит і стержнів. Його застосовують для панелей апаратів, виготовлення підшипників, зуб­частих коліс тощо. На деталях з текстоліту можна нарі­зувати різьбу.

Гетинакс, або бакелітова фібра, є шаровою пластма­сою, в якій наповнювачем є папір. Гетинакс має добрі діелектричні властивості з задовільною механічною міц­ністю. Випускають гетинакс у вигляді листів завтовшки 0,2...50 мм і застосовують для виготовлення зубчастих коліс, плит, прокладок і як ізоляційний матеріал. Недолік гетинаксу — його гігроскопічність.

Склотекстоліт — високоміцна шарова пластмаса, яку одержують аналогічно до текстоліту, лише як наповнювач використовують скляну тканину. Склотекстоліт випуска­ють у вигляді листів завтовшки 0,5...30 мм; застосовують у загальному машинобудуванні, електро- і радіотехніці для виготовлення особливо навантажених деталей, бо цей матеріал має високу міцність, пружність, теплостійкість; це чудовий діелектрик.

Деревошарові пластики відрізняються від шарових пластмас тим, що в них наповнювач складається з тонких листів лущеної деревини (дерев'яного шпону), які так само, як і пластмасові наповнювачі, сполучені між собою синтетичною смолою за високої температури та тиску. Можна одержати сополімери з високими теплоізоляцій­ними властивостями та пористі пластики з високими тепло- і звукоізоляційними властивостями, які не бояться вологи та морозу. Такі порівняно нові матеріали належать до класу газонаповнених пластмас. Пластмаси переробля­ють різйими способами: звичайне листове пресування, лиття під тиском, видування, штампування, зварювання та обробка різанням. Вибір способу залежить від хімічних і фізичних властивостей матеріалів, що піддаються пере­робці.